丁時偉,李治軍

(1.中國水利水電第四工程局有限公司 基礎(chǔ)分局,西寧 810007;2.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院,哈爾濱 150080;3.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所,哈爾濱 150080)

利用鋼筋混凝土灌注樁應(yīng)處理受荷載較大的地基由來已久,其施工工藝也較成熟。然而隨著社會的發(fā)展,人們對施工質(zhì)量、進度、環(huán)境保護的要求逐漸提高,灌注樁施工工藝也在不斷地改進。本文就旋挖鉆機灌注樁(配套環(huán)保護壁液)與傳統(tǒng)的灌注樁施工工藝在軟基處理上進行分析,以期為相關(guān)研究及實際應(yīng)用提供參考。

1 護壁液(泥漿)的配制工藝

1.1 傳統(tǒng)護壁液配置工藝

護壁液作用是防止孔壁坍塌和對孔壁起保護作用[1],它既能使孔內(nèi)的液體不致流入孔外,又能使孔外的水不致滲入孔內(nèi)。所有灌注樁施工前,要根據(jù)當(dāng)時軟基的地質(zhì)情況,來確定護壁液的參數(shù)范圍,進而確定護壁液的配比。一般是根據(jù)當(dāng)時的地勘資料確定一個簡單的配比,再在具體施工時進行進一步的調(diào)配。對重要性強的軟基的處理,可在施工場地附近選取具有代表性的地段用鉆機鉆一個試驗孔來調(diào)配護壁液。

傳統(tǒng)的施工工藝的護壁液一般是由膨潤土調(diào)制的泥漿,其主要參數(shù)如下:

比重為1.3～1.5 t/m3(用婆梅式比重計測)

含沙率:≤4%～8%

膠體含量:≥90%

塑性指數(shù):IP＞17

在護壁液實際配置過程中,需配合以大量泥漿的持續(xù)拌和[2]。若施工地層的含沙量較大,所消耗的膨潤土少則數(shù)十噸多則上百噸,在施工現(xiàn)場占地面積龐大、堆積如山。由于泥漿的拌和大多采取人工攪拌,在工地上往往出現(xiàn)灰塵彌漫的現(xiàn)象,對環(huán)境和人身的污染和傷害都是極大的。然而,既便是這樣大的用量,護壁效果還是不理想,孔內(nèi)沉渣量大,特別在砂層(流砂地層)時常出現(xiàn)2～3 m的沉渣量,為最后的澆注成樁留下了很大的質(zhì)量隱患。

1.2 新型護壁液配置工藝

旋挖鉆機配套的新型護壁液是一種采用國外先進技術(shù)的進口產(chǎn)品(Super mud),其特點包括水溶性強,易混合的粉末顆粒聚合物,在水中充分溶解后成半透明糊狀,黏度大。該液體在孔內(nèi)沉淀雜質(zhì)速度非?？?鉆具在孔內(nèi)鉆進時,泥漿總是保持清澈透明的狀態(tài),鉆具、鉆桿表面干凈。同時,在孔內(nèi)由于鉆具的連續(xù)運動,聚合物泥漿和水混合的越均勻黏度就越強,凝聚力也就越快,即使泥漿回到泥漿池內(nèi)也沒有一點雜質(zhì)沉淀的痕跡。聚合物護壁液在孔壁周圍形成了一層薄透明糊狀保護層,無毒無污染,具有鉆孔穩(wěn)定、可配置高黏度泥漿、廢漿易于降解處理、回用率高等優(yōu)勢。聚合物護壁液的最大特點是孔內(nèi)不留殘渣,由于其高強度的護壁性,配合旋挖鉆機特有的旋挖鉆孔功能,使鉆孔底基本不留廢沙,從而使持力層與樁體結(jié)合更嚴密,提高了樁基承載力。

現(xiàn)場根據(jù)水池的體積,將配漿用水pH值調(diào)整至8～10后,一般按0.8～1.8 kg/1000 L的比例進行調(diào)配,該調(diào)配方法具有簡單、快捷之特點。

2 護壁液池的制作工藝

2.1 傳統(tǒng)工藝下護壁液池的施工

利用傳統(tǒng)施工工藝制作護壁液池,首先一般在施工現(xiàn)場空地處挖一個4 m×5 m×1.5 m(長×寬×深)大小的坑,對滲漏量大的池底四周需用紅磚鋪砌,坡度約為1∶600且上抹厚20 cm 1∶2.5的水泥砂漿。處理含沙量大的軟基時,在泥漿池旁邊還需挖同等規(guī)模的沉淀池,將樁位、泥漿池、沉淀池3者用泥漿溝聯(lián)通,使泥漿循環(huán)。同時要用大功率的泥漿泵將含沙量超標(biāo)的泥漿抽走(一般抽到專用的泥漿運輸車上運走)。根據(jù)施工處規(guī)模的大小,有時要重復(fù)開挖若干個,這樣既影響施工進度,又使占地面積大,容易對其他工序形成干擾。

2.2 新型工藝下護壁液池的施工

若改用旋挖鉆配合新型護壁液進行護壁液池施工就要簡單的多,其流程如下:以在池底部焊接管道的方式將3個30 m3左右的集裝箱連通(集裝箱之間需有閥門控制),根據(jù)配比在集裝箱內(nèi)調(diào)配好護壁液用普通的泵將護壁液抽至孔內(nèi)即可。同時在樁位旁邊挖一個0.3 m3左右的小坑,將鉆孔時溢出護壁液收集到坑內(nèi),再用泵抽到篩分器,將漿液通過過濾后即可以進行循環(huán)利用。

篩分器一般布置在水箱的正上方,回收的漿液經(jīng)過篩分器的高頻率震動、多層篩分后,可直接流入水箱。由于篩分器能將溶入漿液內(nèi)的細小顆粒全部脫離出來,使得漿液的重復(fù)利用率幾乎可達100%。

所用水箱為鋼制水箱,其作用范圍可覆蓋其周圍500～600 m的施工區(qū),在不同工地之間也可重復(fù)利用。水箱具有安裝簡便、快捷之特點,但安裝時需大型搬運設(shè)備(拖車、吊車等)配合。

3 鉆孔工藝

3.1 鉆孔的傳統(tǒng)施工工藝

利用傳統(tǒng)工藝即循環(huán)鉆機打孔,首先要用埋設(shè)護筒,其主要作用是穩(wěn)定孔口、提高且固定水位、增加靜水壓力和維護孔壁等[3-4]。埋設(shè)護筒全靠人工,如遇地下水位較高的地段,還需配以抽水泵、降水溝等設(shè)備,這些設(shè)備往往耽誤鉆機的正常鉆孔。護筒、泥漿溝成型后,利用吊車將鉆機對準(zhǔn)樁位,用水平尺校正機身及鉆桿的水平、垂直度后,放下鉆頭。這時用泥漿泵注入泥漿,鉆機開始旋轉(zhuǎn)鉆進,一節(jié)鉆桿鉆入后及時停機再將第二節(jié)鉆桿適時接上,如此反復(fù)上述步驟至設(shè)計深度[5]。

整個鉆孔過程中要隨時對泥漿進行檢查,尤其對含沙量大的地層,要隨時打撈泥漿帶出的沙。如發(fā)現(xiàn)泥漿中雜質(zhì)太多,必須及時清理排漿溝及泥漿池或更換泥漿。此時由于地基較軟容易發(fā)生埋鉆事故,為避免事故的發(fā)生,須減緩鉆進速度[6]。

泥漿池、沉淀池、泥漿溝等施工過程中都主要依靠人工清理泥漿的情況下,大量人工使得施工工地很難控制文明施工。同時,運輸膨潤土、廢棄泥漿的車輛、受泥漿溝的影響往往都不能準(zhǔn)確到達目的地,都將嚴重影響施工的正常進行。

3.2 鉆孔的新型施工工藝

旋挖鉆機能利用機械本身埋設(shè)護筒,一些新型鉆頭(如意大利邁特公司出品的鉆頭)在開孔時旋挖直徑達1000 mm,下入護筒后,鉆頭縮徑后可繼續(xù)往下旋挖孔。還有一些新型鉆頭可帶著專用的鉆孔護筒(如德國寶娥公司生產(chǎn)的鉆頭)直接鉆入地層4～5 m,然后換鉆頭再進行旋挖。

旋挖鉆鉆孔時,不需循環(huán)孔內(nèi)的漿液,只要使孔內(nèi)的漿液保持一定的高度(根據(jù)坍塌地層的深度而定),隨著鉆深的逐漸增加,用方便移動的φ 100 mm軟管向孔內(nèi)補充漿液即可。

由于旋挖鉆上下活動從孔內(nèi)溢出來的漿液,回收至樁位旁邊的坑內(nèi)后,用泵抽至(一般采用軟管抽運)篩分器后可進行再利用。

利用這種新型施工工藝,施工場地地面上僅有兩套軟管鋪設(shè),移動方便,可利用車輛等直接接近運送至正在施工的樁位。旋挖鉆可將挖出來的沙土直接放至運輸車上及時運走,使施工場地保持整潔、干凈。但由于旋挖鉆自身要占有一定的空間(其履帶式的行走方式,更需一定范圍的平面),當(dāng)施工場地本身狹小時,不利于旋挖鉆的施工。

4 水下混凝土澆注施工工藝

水下澆灌混凝土是利用導(dǎo)管中混凝土壓力將樁孔內(nèi)的護壁液排出,混泥土填滿樁體從而成樁的一種施工方法。施工時應(yīng)特別認真,否則會引起夾層、夾泥、甚至形成孔洞等現(xiàn)象發(fā)生,嚴重影響樁基的質(zhì)量[7]。

施工時先用吊車將導(dǎo)管插入孔內(nèi),在導(dǎo)管的上口下3～5 cm處將預(yù)制混凝土塞用8號鉛絲固定,在導(dǎo)管的上部漏斗內(nèi)裝滿混凝土,切斷鉛絲,混凝土同塞一起即刻下落,通過混凝土的自由落體,將余留在孔地的沉沙土沖開,使混凝土直接與持力層接觸。當(dāng)混凝土在樁底擴散后,再繼續(xù)在漏斗內(nèi)加混凝土,將孔內(nèi)的泥漿全部排空、抽出導(dǎo)管,即形成混凝土樁[8]。

一般來說旋挖鉆成樁的施工方法與傳統(tǒng)的施工方法在兩個方面差別較大:

1)孔底的殘留沙土。傳統(tǒng)施工工藝施工結(jié)束后需用稀泥漿沖洗孔,同時又要保證孔壁的軟沙層不再坍塌,這兩者之間很難達到理想的平衡,因此施工時一般按控制稀泥漿的比重來減少孔底的殘留物。沖孔結(jié)束后會有一定的時間用來準(zhǔn)備混凝土料斗和混凝土的制備,這樣使得孔內(nèi)一定會存有沉淀的泥土,這些情況都會為樁體質(zhì)量留下隱患。

新型旋挖鉆成孔時由于其鉆頭設(shè)計巧妙,使通過旋挖進入鉆頭內(nèi)的泥土很難在孔內(nèi)退出,加上護壁液本身不帶有泥沙,使得孔底殘留很少。

2)澆注時鋼筋籠的上浮問題。對于鋼筋籠不下入孔底的樁灌注,用傳統(tǒng)方法施工時,比較容易使鋼筋籠上浮。這主要是在鉆孔進入持力層后,由于持力層一般為弱風(fēng)化或微新巖體,傳統(tǒng)鉆頭成孔時,會有較大的巖塊滯留孔內(nèi),而巖塊是不能通過泥漿帶出孔的。這些巖塊只能在澆筑時隨著第一罐混泥土料的上升而頂出孔外,當(dāng)巖塊聚集到一定體積同時具有一定硬度時,就能把懸在半空中的鋼筋籠頂出孔外。有時,殘留在孔底的泥土被混凝土沖擊后,在上升的過程中會形成很濃的泥漿,其產(chǎn)生的浮力也會使鋼筋籠上浮。當(dāng)用重物壓住鋼筋籠時,塊體會隨著鋼筋籠一起留在孔內(nèi),形成夾層。

用旋挖鉆機配套新型的護壁液成孔時,由于孔底一般不殘留泥土,同時護壁液的比重接近水的比重,無法對鋼筋籠產(chǎn)生較大的浮力,所以鋼筋籠上浮的現(xiàn)象很難發(fā)生。

至于鋼筋籠的制作和安裝,傳統(tǒng)的施工方法和旋挖鉆施工基本相同。

5 結(jié) 語

本文從水工建筑物混凝土灌注樁中常見的4種工藝:護壁液(泥漿)的配制工藝、護壁液池的制作工藝、鉆孔工藝、水下混凝土澆注施工工藝,較全面的對傳統(tǒng)施工工藝和基于旋挖鉆機的新型施工工藝的優(yōu)、缺點進行分析與評述,可見,旋挖鉆機配套新型護壁液的新型施工工藝無論從施工質(zhì)量、施工進度、文明施工等方面都優(yōu)于一般的施工方法。當(dāng)然,在施工場地本身狹小的地方,旋挖鉆機難以展開,這也是其不足之處。但是,由于旋挖鉆、篩分器以及新型環(huán)保護壁液均依賴于國外進口,產(chǎn)品的數(shù)量及價格都受國外廠家的限制,其施工時要求一次性投入的資金額大,難以在短時間內(nèi)普及。但是,隨著我國高標(biāo)準(zhǔn)的水工建筑物日益增多、施工管理水平的提升以及水工高科技設(shè)備的研制,以旋挖鉆機為代表的新型、高效、環(huán)保的施工方法會成為發(fā)展之趨勢。

[1]袁國林.水利工程中灌注樁的施工工藝與質(zhì)量控制[J].陜西水利,2009,(6):90-91.

[2]楊 柳,徐 麗.水利工程施工組織與管理[J].海河水利,2009,(6):41-42.

[3]王子良,王雪冬,徐大濤.泥漿護壁鉆孔灌注樁質(zhì)量監(jiān)控要點[J].水利科技與經(jīng)濟,2009,(12):1110.

[4]王德仙.旋挖鉆機在橋梁混凝土灌注樁成孔中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(30):323-324.

[5]李維平.鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵工序控制[J].巖土工程技術(shù),2003,(5):299-301.

[6]李鼎偉.鉆孔混凝土灌注樁施工方法與措施[J].路基工程,2005,(6):69-72.

[7]尹春燕.水下鉆孔灌注樁施工工藝與質(zhì)量控制的研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2006.

[8]劉松良.鉆孔灌注樁水下混凝土灌注施工要點[J].山西建筑,2004,30(19):67-68.